(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム粉と、
抵抗値を調節する鉄粉と、
前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、
有機化合物粉としての木粉と、
アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、前記アルミニウム酸化物と前記ケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有する陶磁器用の粘土粉とを具備し、
前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉、前記鉄粉及び前記木粉との比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体を形成してなることを特徴とする多孔質発熱体。
【請求項２】
前記炭素粉は、黒鉛粉としたことを特徴とする請求項１に記載の多孔質発熱体。
【請求項３】
前記アルミニウム粉は、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質発熱体。
【請求項４】
前記炭素粉は、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の多孔質発熱体。
【請求項５】
前記陶磁器用の粘土粉は、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の多孔質発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミニウムを原料として焼結した焼結体に関するもので、特に、通電による抵抗発熱性を有し、発熱体として好適に使用可能な多孔質発熱体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属や金属酸化物・窒化物等の粉末を焼成してなる焼結体は、その緻密性から様々な分野での利用可能性があり、従来から多くの技術が開発されてきていた。
特に、金属材料としてのアルミニウム材料は、軽量かつ安価であり、加工性も良いことから、従来から焼結体を製造する原材料としてアルミニウム材料が検討されてきた。
しかし、アルミニウム材料は極めて酸化し易く、その表面に安定で硬い酸化皮膜が形成され易いため、これをそのまま焼結させても機械的強度の高い焼結体を得ることは困難である。
【０００３】
ところで、本出願人は、先に、アルミニウム粉末を使用した焼結体の発明に係る特許文献１の特許出願をした。この特許文献１に記載の焼結体の発明は、アルミニウム微粒子とゼオライト微粒子と有機バインダ及び／または無機バインダとを含有し、これらが均一に混合された混合物を、常温でプレス成形し、非酸化雰囲気において１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結したものであり、これによって、優れた機械的強度を有する焼結体が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特願２０１０−１７９３９７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１の発明においては、１２００℃〜１８００℃の範囲内の温度で焼結したことから、得られる焼結体は主にアルミナ質であると予測され、通電発熱はなく、抵抗体、抵抗発熱体等の用途に適した導電性は備えられていなかった。このため、アルミニウム材料を使用した焼結体として応用分野の拡大を図ることはできなかった。
従来から使用されている発熱体として、ニクロム合金、カンタル合金等の金属材料や、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミック材料からなるものが開発されている。
しかし、金属材料からなる発熱体は、液体加熱用の発熱体等として使用する場合において、金属の周囲にマグネシア等の絶縁物を配設し、更に、全体を金属シースで包む必要があることから、また、金属線によって面放熱させていたことから、発熱効率が低かった。一方、セラミック材料からなる発熱体においては、脆くて急激な温度変化による熱衝撃にも弱く、急速加熱や急速冷却が困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、かかる不具合を解決すべくなされたものであって、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として好適に使用可能な多孔質発熱体の提供を課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の多孔質発熱体は、アルミニウム粉と、抵抗値を調節する鉄粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、有機化合物粉としての木粉と、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、前記アルミニウム酸化物と前記ケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有する陶磁器用の粘土粉とを具備し、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉、前記鉄粉及び木粉との比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体を形成してなるものである。
【０００８】
ところで、上記アルミニウム粉は、通常、アトマイズ法（噴霧式）によって製造された不規則な形状（針状、紡錘形状等）のものが使用される。
また、上記炭素粉は、通常、熱伝導率が低く、高温下でも前記アルミニウム粉とは反応しないものであるが、ここでは、前記アルミニウム粉の溶融点（６６８℃）より低い温度では溶融しないものであればよく、例えば、黒鉛、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維等の粉状物が挙げられる。
そして、上記鉱物質粉としての陶磁器用の粘土粉は、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有するものであればよく、例えば、蛙目粘土、木節粘土、カオリン、長石、陶石、ゼオライトの粉末等が使用される。前記蛙目粘土、木節粘土、カオリン、長石、陶石、ゼオライトの粉末は、通常、鉱物質粉と呼ばれ、陶磁器用の粘土粉である。
【０００９】
ここで、上記成型体における空隙が５％〜５０％の範囲内とは、本発明者らが、鋭意実験研究を重ねた結果、成型体における空隙が５％〜５０％の範囲内においては、抵抗発熱体として使用において、十分な強度及び通電発熱性を確保できることを見出し、この知見に基づいて設定されたものである。即ち、成型体における空隙が５％未満のものでは、成型体の抵抗値が小さく、通電による発熱性が損なわれる。一方で、成型体における空隙が５０％を超えると、抵抗発熱体として使用において、強度が足りず、また、通電性が損なわれる。
なお、上記５％〜５０％の範囲内は、厳格に５％〜５０％の範囲内であることを要求するものではなくて約５％〜約５０％の範囲内であればよく、当然、誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
【００１０】
上記５％〜５０％の範囲内の空隙は、形成した乾燥状態の発熱体の体積及び重量を測定し、水を含浸させた状態の重量を測定し、再び乾燥させて重量を測定し、その重量の変化を気孔率に置き換えたものである。また、「パラフィン浸透装置（ＵＬＶＡＣ  ＤＡ−１５Ｄ）」により真空に脱気したところにパラフィンを含浸させて、その重さの変化から算出したものも、結果的に大きな差は生じなかった。したがって、ここでは前者、後者の区別なく説明する。
【００１１】
更に、上記水及び／またはバインダは、水のみを単独で用いても良いし、バインダのみを単独で用いても良く、水とバインダの両方を併用しても良いという意味である。そして、この水及び／またはバインダは、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉が比重の違いによって移動が生じない量、即ち、重力沈降しない程度の量であり、即ち、比重の違いによって沈殿しない程度の量が、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉に混合される。
なお、上記常温とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０３で規定されるように、２０℃±１５℃（５℃〜３５℃）の範囲内の温度をいう。
【００１２】
特に、前記混合物において、例えば、前記アルミニウム粉の含有量が３５重量部〜７０重量部の範囲内、好ましくは、４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量が３重量部〜１５重量部の範囲内、好ましくは、５重量部〜１０重量部の範囲内であり、前記鉱物質粉（陶磁器用の粘土粉）の含有量が２５重量部〜６５重量部の範囲内、好ましくは、３０重量部〜６０重量部の範囲内であるものである。
なお、上記数値は、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
【００１３】
請求項２の多孔質発熱体は、請求項１の構成において、前記炭素粉を黒鉛粉としたものである。
ここで、上記黒鉛（グラファイト、石墨）は、常圧で安定な炭素同素体の鉱物であり、炭素６員環が連なる層状構造を有し、融点が非常に高いものである。粉末化した黒鉛粉には、天然黒鉛を用いるのが一般的で、中でも鱗状黒鉛を用いるのが最も一般的であるが、その他にも土状黒鉛等の天然黒鉛や鱗状天然黒鉛粉末を長柱状に造粒した長柱状造粒黒鉛等の使用も可能である。
【００１４】
請求項３の多孔質発熱体は、請求項１または請求項２のいずれかの構成において、前記アルミニウム粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であるもの、好ましくは、中位径が３５μｍ〜６５μｍの範囲内であり、粒子径が１００μｍ未満であるものである。
【００１５】
ところで、ＪＩＳ  Ｚ  ８９０１「試験用粉体及び試験用粒子」の本文及び解説の用語の定義によれば、中位径とは、粉体の粒径分布において、ある粒子径より大きい個数（または質量）が、全粉体のそれの５０％を占めるときの粒子径（直径）、即ち、オーバサイズ５０％の粒径であり、通常、メディアン径または５０％粒子径といいＤ50と表わされる。定義的には、平均粒子径と中位径で粒子群のサイズを表現されるが、ここでは、商品説明の表示、レーザ回折・散乱法によって測定した値である。
そして、この「レーザ回折・散乱法によって測定した中位径」とは、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いてレーザ回折・散乱法によって得られた粒度分布において積算重量部が５０％となる粒子径（Ｄ50）をいう。
なお、上記数値は、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
【００１６】
請求項４の多孔質発熱体は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記炭素粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であるであるもの、好ましくは、中位径が７０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、粒子径が１５０μｍ未満であるものである。
なお、上記数値も、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
【００１７】
請求項５の多孔質発熱体は、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記陶磁器用の粘土粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であるもの、好ましくは、中位径が１０μ〜２０μｍの範囲内であり、粒子径が７０μｍ未満であるものである。なお、上記数値も、厳格なものでなく概ねであり、当然、測定等による誤差を含む概略値であり、数割の誤差を否定するものではない。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明に係る多孔質発熱体は、アルミニウム粉と、抵抗値を調節する鉄粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、有機化合物粉としての木粉と、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、前記アルミニウム酸化物と前記ケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有する陶磁器用の粘土粉とを具備し、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記陶磁器用の粘土粉、前記鉄粉及び木粉との比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有する成型体とし、通電によって前記成型体が発熱するものである。
【００１９】
アルミニウム粉と、炭素粉と、陶磁器用の粘土粉と、水及び／またはバインダが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形することによって、これら混合物は強固で緻密な固形状態となる。したがって、この状態で焼結することによって、高強度の成型体を得ることができる。
特に、アルミニウム粉、炭素粉、陶磁器用の粘土粉が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダが混合されることによって、成形性が向上するため、加熱加圧せずとも常温の加圧で、また、低圧力でも成形できる。このため、成形コストを抑えることができる。
【００２０】
ここで、炭素粉が混合されていることによって、アルミニウム粉の表面に炭素粉が付着し、アルミニウム粉が炭素粉に覆われた状態となるため、加熱過程においてアルミニウムの融点（６６０．４℃）に達しても、アルミニウムが溶融して表面に噴出する焼結不良が生じることはなく、焼成によって上記混合物は複合化されて、５％〜５０％の範囲内の空隙を有する成型体となり、かかる成型体は通電により発熱する。
これによって、機械的強度が高く、また、通電により抵抗発熱する多孔質発熱体となり、かかる多孔質発熱体は、抵抗発熱体として使用可能となる。
【００２１】
特に、こうして得られた多孔質発熱体は、体積が大きい割には通電による昇温速度及び通電解除による降温速度が速く、通電量によって発熱温度は一定である。
更には、製造過程における抵抗制御が容易である。即ち、原料の粒子形状や粒度分布を選択したり、その配合量を調節したり、また、成形時の圧力調節をしたりして成型体の緻密度を調節することによって、更には、焼結温度を調節して焼結密度を調節することによって、成型体の抵抗値を制御して通電による発熱温度を制御することが可能である。また、成型時の金型形状等による成形形状の調節、成形時の充填量の調節、成形時の部分的な圧力調節等で成型体の抵抗分布を調節することによって、成型体の特定部位を特定の温度に発熱させることできる。
したがって、この発明に係る多孔質発熱体は、抵抗発熱体として使用に好適であり、特に、面で加熱する発熱体等の使途に適する。また、酸等の化学的にも強靭である。
このようにして、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として好適に使用可能な多孔質発熱体となる。
【００２２】
この発明に係る多孔質発熱体によれば、例えば、前記混合物において、前記アルミニウム粉の含有量は３５重量部〜７０重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量は３重量部〜１５重量部の範囲内であり、前記陶磁器用の粘土粉の含有量は２５重量部〜６５重量部の範囲内である。
【００２３】
ここで、本発明者等は、より確実に高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体を得るための原料配合比について、鋭意実験研究を重ねた結果、前記混合物において、前記アルミニウム粉の含有量が３５重量部〜７０重量部の範囲内、好ましくは、４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量が３重量部〜１５重量部の範囲内、好ましくは、５重量部〜１０重量部の範囲内であり、前記陶磁器用の粘土粉の含有量が２５重量部〜６５重量部の範囲内、好ましくは、３０重量部〜６０重量部の範囲内であることによって、上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。
【００２４】
即ち、混合物において、アルミニウム粉の含有量が３５重量部未満であると、アルミニウム粉が少なすぎて、通電性が損なわれる。一方、アルミニウム粉の含有量が７０重量部を超えると、アルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。
また、炭素粉の含有量が３重量部未満であると、炭素粉が極めて少な過ぎてアルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。一方、炭素粉の含有量が１５重量部を超えると、炭素粉が多過ぎて成型体の強度及び純度が低下し、多孔質発熱体の抵抗発熱体としての使用において強度や通電発熱性が足りないものとなる。
更に、陶磁器用の粘土粉の含有量が２５重量部未満であると、陶磁器用の粘土粉が少なすぎて、得られる成型体の抵抗値が小さくなり、多孔質発熱体の抵抗発熱体としての利用において通電発熱性が足りないものとなる。一方、陶磁器用の粘土粉の含有量が６５重量部を超えると、陶磁器用の粘土粉が多過ぎて、通電性が損なわれる。
【００２５】
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、確実に高強度で通電発熱性を有し、純度の高いものとなる。
なお、前記混合物において、前記アルミニウム粉の含有量が４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、前記炭素粉の含有量が５重量部〜１０重量部の範囲内であり、前記鉱物質粉（陶磁器用の粘土粉）の含有量が３０重量部〜６５重量部の範囲内あることによって、更に確実に多孔質発熱体において高い強度及び純度並びに通電発熱性を確保できるため、より好ましい。
【００２６】
請求項２の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記炭素粉は黒鉛粉であり、炭素粉としての黒鉛粉は、融点が非常に高く、また、アルミニウム粉の表面に付着しやすいことから、焼成過程において、溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良を確実に抑制できる。したがって、請求項１に記載の効果に加えて、安定した強度や通電発熱性等の性能を確保でき、高い品質を確保することができる。
【００２７】
請求項３の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記アルミニウム粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。
【００２８】
ここで、アルミニウム粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ未満であると、焼成過程においてアルミニウム粉が低温で溶融しやすくて表面に噴出する可能性があり、一方、アルミニウム粉の中位径が７５μｍを超えると、炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。アルミニウム粉のふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ以上の場合においても、炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。
【００２９】
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、請求項１または請求項２に記載の効果に加えて、確実に高強度及び通電発熱性を有するものとなる。また、このように小径粒子と大径粒子の取合せによって成形時における充填性が向上することになるため、多孔質発熱体における強度の向上を図ることができる。
なお、前記アルミニウム粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３５μｍ〜６５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であることによって、高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体をより確実に得ることができるため、更に好ましい。
【００３０】
請求項４の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記炭素粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満である。
【００３１】
ここで、炭素粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ未満であると、焼成過程において炭素粉が液状化し易くてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。一方、炭素粉の中位径が９０μｍを超えると、炭素粉が均一に分散混合されにくくなって、アルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、そのことによって、同様に、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。
炭素粉のふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ以上の場合においても、アルミニウム粉において炭素粉に覆われない部分が増大し、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。
更には、このように小径粒子と大径粒子の取合せによって成形時における充填性が向上してアルミニウム粉に炭素粉が確実に付着することになるため、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出するのが確実に防止される。
【００３２】
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、請求項１乃至請求項３に記載の効果に加えて、確実に高強度及び通電発熱性を確保することができる。
なお、前記炭素粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が７０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であることによって、高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体をより確実に得ることができるため、更に好ましい。
【００３３】
請求項５の発明に係る多孔質発熱体によれば、前記陶磁器用の粘土粉はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μｍ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満である。
【００３４】
ここで、陶磁器用の粘土粉のレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μｍ未満の微細粉されたものを得るのにはコストが掛かるうえに、中位径が５μｍ未満であると、熱による陶磁器用の粘土粉の成分変化が生じ易くなり、成型体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。一方、陶磁器用の粘土粉の中位径が３０μｍを超えると、陶磁器用の粘土粉が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による陶磁器用の粘土粉の成分変化が生じ易い。それによって、やはり成型体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。陶磁器用の粘土粉のふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ以上である場合においても、同様に、陶磁器用の粘土粉が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による陶磁器用の粘土粉の成分変化が生じ易かったりする可能性があり、それによって、やはり成型体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。
【００３５】
したがって、この発明の多孔質発熱体によれば、請求項１乃至請求項４に記載の効果に加えて、確実に高強度及び通電発熱性を確保することができる。また、このように小径粒子と大径粒子の取合せによって成形時における充填性が向上することになるため、多孔質発熱体における強度の向上を図ることができる。
なお、前記鉱物質粉（陶磁器用の粘土粉）はレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が１０μｍ〜２０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が７０μｍ未満であることによって、高強度で通電発熱性を有する多孔質発熱体をより確実に得ることができるため、更に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の成形例を示すもので、図２（ａ）は直方体状の多孔質発熱体であり、図２（ｂ）は円筒状の多孔質発熱体の斜視図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体のＸ線回析（多孔質発熱体を粉砕して測定）によるスペクトル図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態１に係る厚み１５ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸ（エネルギ分散型Ｘ線分光法）によるＢＳＥ（反射電子顕微鏡）写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ａ）、同じく厚み１５ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真（走査型電子顕微鏡）におけるスペクトルの検出位置を示す図（ｂ）である。
【図５】図５は図４（ａ）のＢＳＥ写真及び図４（ｂ）のＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１に係る厚み１５ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図である。
【図７】図７は図６のＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図８】図８は本発明の実施の形態１に係る厚み３０ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ａ）及びＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ｂ）である。
【図９】図９は図８（ａ）のＳＥＭ写真及び図８（ｂ）のＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図１０】図１０は本発明の実施の形態１に係る厚み３０ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ａ）及びＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ｂ）である。
【図１１】図１１は図１０（ａ）のＳＥＭ写真及び図１０（ｂ）のＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図１２】図１２は本発明の実施の形態１に係る厚み３０ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ａ）及びＢＳＥ（反射電子顕微鏡）写真におけるスペクトルの検出位置を示す図（ｂ）である。である。
【図１３】図１３は図１２（ａ）のＳＥＭ写真及び図１２（ｂ）のＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図１４】図１４は本発明の実施の形態１に係る厚み３０ｍｍの多孔質発熱体のＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図である。
【図１５】図１５は図１４のＢＳＥ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図１６】図１６は本発明の実施の形態１に係る厚み３０ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図である。
【図１７】図１７は図１６のＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図１８】図１８は本発明の実施の形態１に係る厚み３０ｍｍの多孔質発熱体のＳＥＭ−ＥＤＸによるＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置を示す図である。
【図１９】図１９は図１８のＳＥＭ写真におけるスペクトルの検出位置から検出したスペクトルを示す図である。
【図２０】図２０は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断面を示す両端スケール間を１ｍｍとする図（ａ）、同じくＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を１００μｍとする図（ｂ）である。
【図２１】図２１は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断面を示す両端スケール間を１００μｍとする図（ａ）、ＢＳＥ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を１００μｍとした写真の図（ｂ）である。
【図２２】図２２は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断面を示す両端スケール間を５０μｍとする図（ａ）、同じくＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を５０μｍとした写真の図（ｂ）である。
【図２３】図２３は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断面を示す両端スケール間を２０μｍとする図（ａ）、同じくＳＥＭ写真であり、厚み１５ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を３μｍとした写真の図（ｂ）である。
【図２４】図２４は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＳＥＭ写真であり、厚み３０ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を５００μｍとする図（ａ）、同じくＳＥＭ写真であり、厚み３０ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を５０μｍとした写真の図（ｂ）である。
【図２５】図２５は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＢＳＥ写真であり、厚み３０ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断面を示す両端スケール間を５０μｍとする図（ａ）、ＳＥＭ写真であり厚み３０ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を３０μｍとした写真の図（ｂ）である。
【図２６】図２６は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の微細構造を示すＳＥＭ写真であり、厚み３０ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断面を示す両端スケール間を２０μｍとする図（ａ）、同じくＳＥＭ写真であり、厚み３０ｍｍの実施物の多孔質発熱体の割断状態を示す両端スケール間を２０μｍとした写真の図（ｂ）である。
【図２７】図２７は本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の通電による温度変化を示すグラフ及びその下の表は電気特性値を示す表（ａ）であり、また、通電解除による温度変化を示すグラフ（ｂ）である。
【図２８】図２８は、本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の実施物として、プレス成形してなる平板状の多孔質発熱体の通電による発熱温度分布を示す写真（サーモグラフィ）である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体の実施物として、長さ方向の中央部と両端部で厚みに差をつけた多孔質発熱体の写真（ａ）と、その通電による発熱温度分布を示す写真（サーモグラフィ）（ｂ）である。
【図３０】図３０は本発明の実施の形態２に係る多孔質発熱体の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態に係る発熱体について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態において、同一記号及び同一符号は、実施の形態の同一または相当する機能部分を意味し、実施の形態相互との同一記号及び同一符号は、それら実施の形態に共通する機能部分であるから、ここでは重複する詳細な説明を省略する。
【００３８】
［実施の形態１］
まず、本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体について、図１乃至図２９を参照して説明する。
本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、アルミニウム粉２、黒鉛粉末としての炭素粉３、無機酸化物材料としての陶磁器用の粘土粉である蛙目粘土粉４、有機化合物粉５としての木粉（以下、「木粉５」とも記す）、水及び／またはバインダ６を使用して製造されるものである。
【００３９】
図１のフローチャートに示されるように、本発明の実施の形態１に係る多孔質発熱体１においては、最初に、焼結原料混合工程にて、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、木粉５、水６及び／またはバインダが混合され、焼結原料混合物７となる（ステップＳ１）。
【００４０】
ここで、アルミニウム粉２としては、市販のアルミニウム粉末を用いることができ、このようなアルミニウム粉末は、ミナルコ（株）、日本軽金属（株）、東洋アルミニウム（株）、大和金属粉工業（株）等から発売されている。また、アルミニウム粉２には、１００％アルミニウムでなく、無機物等の不純物が僅かに含まれたものや、リサイクルのアルミニウムでも使用可能であり、更には、鉄や銅等の金属を僅かに含有したアルミニウム合金の粉末等を使用することも可能である。
【００４１】
このアルミニウム粉２には、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が３０μｍ〜７５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満であるものを用いるのが好ましい。つまり、小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性を向上させるためである。また、アルミニウム粉２の中位径が３０μｍ未満であると、焼成過程においてアルミニウム粉２が低温で溶融しやすくて表面に噴出する可能性があり、一方、アルミニウム粉２の中位径が７５μｍを超えると、炭素粉３に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる可能性がある。アルミニウム粉２のふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ以上の場合においても、炭素粉３に覆われない部分が増大し、そのことによって、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定したアルミニウム粉２の中位径が３５μｍ〜６５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満である。
【００４２】
炭素粉としての炭素粉３は、アルミニウム粉２の溶融点より低い温度では溶融しないものであり、この炭素粉３には、市販の黒鉛粉末を用いることができる。そして、このような黒鉛粉末は、西村黒鉛（株）、日本黒鉛工業（株）、伊藤黒鉛工業（株）、（株）中越黒鉛工業所等から発売されている。市販の黒鉛粉末には、鱗状黒鉛や土状黒鉛等の天然黒鉛、鱗状天然黒鉛粉末を長柱状に造粒した長柱状造粒黒鉛等の人造黒鉛が存在するが、中でも、一般的に純度が高いとされる天然の鱗状黒鉛を用いるのが好ましい。鱗状黒鉛を用いることで、アルミニウム粉２に絡んで付着し易く、アルミニウム粉２の溶融によりアルミニウムが表面に噴出する焼結不良を効果的に抑制することができるからである。
【００４３】
この炭素粉３には、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が６０μｍ〜９０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であるものを用いるのが好ましい。ここでも、小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。
また、炭素粉３の中位径が６０μｍ未満であると、焼成過程において炭素粉３が液状化し易く、アルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。一方、炭素粉３の中位径が９０μｍを超えると、炭素粉３が均一に分散混合され難くなって、アルミニウム粉２において炭素粉３に覆われない部分が増大し、そのことによって、同様に焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。炭素粉３のふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ以上の場合においても、アルミニウム粉２において炭素粉３に覆われない部分が増大し、焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じ易くなる。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した炭素粉３の中位径が７０μｍ〜８０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。
【００４４】
陶磁器用の粘土粉としての蛙目粘土粉４は、花崗岩が風化し堆積してできた風化残留粘土を水簸（珪砂と粘土の分離）し、精製して粉末状にしたものであり、アルミニウムのケイ酸塩鉱物のＡｌ２Ｓｉ４０１０（ＯＨ）８であるカオリン主成分で、石英、長石、雲母等が混在する粘土粉である。そして、一般的に、化学成分析によればアルミニウム酸化物のＡｌ２Ｏ３及びケイ素酸化物ＳｉＯ２の成分量が最も多く、その他にＦｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等の成分を含有しているが、成分量は産地等により異なるため、主としてＡｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２が含有されていればその他の成分や組成比は特に限定されるものではない。この蛙目粘土粉４には、例えば、（株）ヤマス、共立マテリアル（株）等から発売されている市販の蛙目粘土粉を用いることができる。
【００４５】
また、この蛙目粘土粉４にはレーザ回折・散乱法によって測定した中位径が５μｍ〜３０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ未満であるとし、小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。
そして、蛙目粘土粉４の中位径が５μｍ未満の微細粉されたものを得るのにはコストが掛かる上に、蛙目粘土粉４の中位径が５μｍ未満であると、熱による蛙目粘土粉４の成分変化が生じやすくなり、後述の成型体８において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。一方、蛙目粘土粉４の中位径が３０μｍを超えると、蛙目粘土粉４が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による蛙目粘土粉４の成分変化が生じやすかったりする可能があり、それによって、やはり成型体８において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。
蛙目粘土粉４のふるい試験法によって測定した粒子径が１００μｍ以上の場合においても、同様に、蛙目粘土粉４が均一に分散混同され難くてその分布に偏りが生じたり、熱による蛙目粘土粉４の成分変化が生じやすかったりする。それによって、やはり成型体８において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できない可能性がある。
なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した蛙目粘土粉４の中位径が１０μｍ〜２０μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が７０μｍ未満である。
【００４６】
有機化合物粉末としての木粉５には、大鋸屑、間伐材のチップ、小径木、製材端材、樹皮等の木屑を粉砕機で微粉砕したものが使用されるが、ウィスカー状のものを用いるのが好ましい。ウィスカー状の木粉５を使用することでアルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４等の原料がウィスカーのヒケ状の隙間に絡みつくため、原料の充填性が高くなると共に、この状態で後述の成形工程で圧力を掛けて生じたものは強固で緻密なものとなる。そして、この成形された混合物を焼結することによって得られる成型体８は、その強度が非常に高いものとなる。
【００４７】
また、この木粉５には、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が８０μｍ〜１２０μｍｍの範囲内であり、ふるい試験法による粒子径が２００μｍ未満であるものを用いることが好ましい。小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。また、木粉５の中位径が８０μｍ未満の微細粉されたものを得るにはコストが掛かり、一方で、木粉５の中位径が１２０μｍを超えると、木粉５が均一に分散混合され難くて焼失による空隙の分布に偏りが生じ、成型体８において安定した強度が確保されない可能性がある。また、木粉５のふるい試験法による粒子径が２００μｍ以上の場合においても、木粉５が均一に分散混合され難くて焼失による空隙の分布に偏りが生じ、成型体８において安定した強度が確保されない。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した木粉５の中位径が５０μｍ〜１００μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。
【００４８】
なお、粒子径が２００μｍ未満の木粉５を経済的に得るには、間伐材、小径木、樹皮、製材端材、大鋸屑等の木屑を、水分２０重量部以下に乾燥した後に、微粉砕する必要がある。木屑を水分２０重量部以下に乾燥することによって、粉砕物がスラリー化して微粉砕を妨げることを防止できるからである。更に、乾燥した木屑を微粉砕して、粒子径が２００μｍ未満の木粉５とするためには、周速５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲内の微粉砕機を用いるのが好ましく、このような微粉砕機としては、例えば、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミル等がある。
ここで、スギ（杉）・ヒノキ（檜）等の針葉樹は、我が国において広く分布しており、建材等として大量に使用されているため、大鋸屑や間伐材並びに樹皮を容易に大量に入手することができる。更に、針葉樹の微細組織はウィスカー状であり、微粉砕して木粉５とすることが容易である。したがって、原料収集と国土保全上は、大鋸屑及び間伐材のチップ並びに樹皮としては、針葉樹の大鋸屑または針葉樹の間伐材のチップ或いは針葉樹の樹皮を用いることが好ましい。
【００４９】
そして、本実施の形態１では、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、及び木粉５に、これら原料が比重の違いによって移動が生じない量（重力沈降しない量）の水及び／またはバインダ６が混合されることによって、蛙目粘土粉４が粘土鉱物質であることからこれが成形性または保形性等の確保に有利に機能して、原料同士が互いに接着され、手で握っても崩れることなくまとまった状態の焼結原料混合物７が得られる。このようにして得られた焼結原料混合物７は、アルミニウム粉２や木粉５の表面に炭素粉３が付着した状態になっている。
【００５０】
なお、本実施の形態１においては、これら原料の混合に精密分散混合機が用いられ、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、及び木粉５が均一に分散混合されて焼結原料混合物７となっている。なお、精密分散混合機としては、周速５μｍ／秒〜８０ｍ／秒の範囲内、より好ましくは、周速２０ｍ／秒〜３０ｍ／秒の範囲内の高速攪拌分散機を用いるのが好ましく、このような高速攪拌分散機としては、例えば、ホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）等がある。
【００５１】
また、本実施の形態１においては、原料に蛙目粘土粉４を用いることから、水６を少量混合するだけで容易に原料同士が接着されてまとまった状態となり、後述の成形工程においては常温で加圧するだけで、焼結原料混合物７が成形されて強固なものとすることができるが、本発明を実施する場合には、原料同士の接着に、有機バインダや無機バインダを使用することも可能であり、水とバインダとを併用することも可能である。
ここで、「有機バインダ」としては、例えば、合成樹脂、澱粉、合成糊、砂糖等を用いることができる。また、合成樹脂には熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂があり、熱可塑性樹脂としてはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、ポリウレタン系樹脂等を用いることができ、熱硬化性樹脂としてはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂、イソシアネート樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ウレタンプレポリマー等を用いることができる。なお、中でも、ポリオール系樹脂とイソシアネート系樹脂とは常温で反応して強固な結合を形成し、特に、イソシアネート系樹脂は、木粉５等における水酸基（−ＯＨ）と反応して強固なウレタン結合を形成するため、焼結原料混合物７を成形したものはとても強固で緻密な状態のものとなる。
【００５２】
「無機バインダ」としては、セメント等の水硬性材料、磁器（タイル）・陶器の原料であるベントナイト等の粘土、ρ−アルミナ（Ａｌ2Ｏ3・ｎＨ2 Ｏ：ｎ≒０．５）、ケイ酸ナトリウム、水溶性アルカリケイ酸、（株）ジャパンナノコート製のシリカバインダ、グランデックス（株）製のシリカバインダである汎用バインダＦＪ２９４等を用いることができる。
なお、有機バインダは、加熱過程において焼失し空隙となり、無機バインダは、焼失せずに焼成されることになる。
【００５３】
更に、本発明を実施する場合においては、樹脂成型方法のように、アルミニウム粉２、炭素粉３、蛙目粘土粉４及び木粉５に、水６を入れ、スラリー状の焼結原料混合物７として金型に充填し、固めたのちに、後述の成形工程（ステップＳ２）に供することもできる。また、セラミックや磁器（タイル）の製造のように、焼結原料混合物７をスプレードライヤーによって乾燥させた後、後述の成形工程（ステップＳ２）に供することも可能である。
いずれにせよ、後述する焼成過程において形状が保持される程度に固化された状態のものが作製できれば、原料同士を接着する手段やバインダの種類は特に限定されない。
【００５４】
次に、本実施の形態１においては、この焼結原料混合物７が、成形工程において、常温で加圧され（ステップＳ２）、強固で緻密な固形状態の成型体８となる。
ここで、成形工程においては、焼結原料混合物７をプレス成形金型に投入し所定圧力のプレスで成形するプレス成形と、焼結原料混合物７を耐圧性の型枠に入れ所定圧力で押し出して成形する押出成形等が可能である。
【００５５】
因みに、本実施の形態１においては、原料に蛙目粘土粉４を用いたことから、上述の如く、水及び／またはバインダ６を少量混合するだけで容易に原料同士が接着されてまとまった状態となる。このため、常温での加圧で、更に、低圧力で成形することができる。よって、高圧力や加熱装備のプレス装置を必ずしも用いなくても良く、低コスト化を図ることができる。
具体的に、水及び／またはバインダ６を混合してなる焼結原料混合物７をプレス成形する場合、プレス圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ／ｃｍ2 の範囲内とするのが好ましい。プレス成形の圧力が１０ｋｇ／ｃｍ２未満であると、焼結原料混合物７が十分に圧縮されないため、得られる成型体８の強度が弱くなり後述の焼成過程において破損する可能性がある。また、プレス成形の圧力が２００ｋｇ／ｃｍ２を超えると、焼結原料混合物７に圧力が掛かり過ぎて高緻密度とものとなり、成型体８の抵抗値が小さくなって多孔質発熱体１の通電発熱性が損なわれる可能性がある。焼結不良となる可能性がある。より好ましくは、５０ｋｇ／ｃｍ２〜１５０ｋｇ／ｃｍ２の範囲内である。特に、水分量が多いほど低圧力での成形が可能となる。
【００５６】
そして、このように本実施の形態１においては、常温の加圧によって成形でき、外部からの均一な加熱が不要であるため、プレス成形の場合には、厚い成型体８（例えば、１５０トンのプレス機で約２０ｍｍ厚まで）を得ることも可能である。更に、加熱機構が不要であることから、プレス成形機及び金型の構造を簡単にして、広い面積の成型体８（例えば、１０００ｍｍ×２０００ｍｍ）を得ることも可能である。なお、このときのプレス成形機としては、例えば、１５０トン以上の粉末成形プレス機が使用できる。このプレス機によれば、成形途中にガス抜きが出来る機構が付いているため、成形によって高強度のものが安定して得られる。勿論、例えば、後述するように、凹凸を有する金型や曲線部を有する金型枠型等を使用し、成形によって焼結原料混合物７の意匠面に凹凸を形成したり、焼結原料混合物７を所望形状に成形することも可能である。
【００５７】
一方、押出成形の場合には、焼結原料混合物７を曲面形状の筒状・棒状等複雑な形状に成形することが可能である。特に、水及び／またはバインダ６を混合してなる焼結原料混合物７は、成形性が良いため、押出成形によってハニカム状等の極めて複雑な形状に形成することも可能である。このようにして、図２に示す本実施の形態１に係る射出成型した多孔質発熱体１０及び押出成形した多孔質発熱体２０が得られる。
【００５８】
なお、本発明を実施する場合には、勿論、加熱加圧によって、焼結原料混合物７を成形することも可能である。殊に、本発明においては、蛙目粘土粉４等の鉱物質粉が使用され、これが成形性または保形性等の確保に有利に機能することから、加熱加圧の場合、水やバインダを混合せずとも成形が可能である。因みに、水やバインダを混合せず加熱加圧する場合のプレス成形圧力は、５０ｋｇ／ｃｍ２〜３００ｋｇ／ｃｍ２の範囲内とするのが好ましい。プレス成形の圧力が５０ｋｇ／ｃｍ２未満であると、水やバインダを混合していない場合に焼結原料混合物７が十分に圧縮されないため強度が弱くなり後述の焼成過程において破損する可能性がある。また、プレス成形の圧力が３００ｋｇ／ｃｍ２を超えると、焼結原料混合物７に圧力が掛かり過ぎて高緻密度とものとなり、得られる成型体８の抵抗値が小さくなって多孔質発熱体１の通電発熱性が損なわれる可能性がある。より好ましくは、１００ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲内である。しかし、抵抗値及び複合成分によっては、１００ｋｇ／ｃｍ２〜２００ｋｇ／ｃｍ２の範囲外の使用も有り得る。
【００５９】
続いて、成形された焼結原料混合物７は、焼結工程において、温度制御電気炉内にて１０００℃〜１２００℃の範囲内で焼結される（ステップＳ３）。
ここで、焼結の温度が１０００℃〜１２００℃の範囲内とは、本発明者らが鋭意実験研究を重ねた結果、１０００℃未満では、十分な焼成が行われずに粉状態のものが得られ焼結不良となってしまうことが確認されたことから、焼結温度の下限値を１０００℃とし、一方で、１２００℃を超えると、得られる成型体８は通電発熱性を有さないことが確認されたことから、焼結温度の上限値を１２００℃としたものである。
なお、焼結工程の昇温プログラムは、各原料の種類、粒子径、配合量や、後述の成型体８において必要とされる抵抗値、発熱温度等によって予め実験によって最適値が設定される。
そして、このように１０００℃〜１２００℃の範囲内で焼結することによって、成型体８となる。このようにして得られた成型体８は、通電によって容易に抵抗発熱する。特に成型体８の全面で発熱する。
【００６０】
このようにして、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１が得られる。
具体的には、図２（ａ）に示すように、直方体状の多孔質発熱体１０（多孔質発熱体１）は、直方体状の抵抗体部１１と、その抵抗体部１１の両端に埋設した端子１２，１３とからなる。この端子１２，１３は、焼結原料混合物７を形成した後、型内に端子１２及び端子１３を配置し、成型工程Ｓ２で一体化させたものである。この端子１２，１３は、ステンレス製であり、焼結工程Ｓ３で溶融しない材料として、低抵抗材料として選択されたものである。
また、図２（ｂ）は、円筒状の多孔質発熱体２０（多孔質発熱体１）は、円筒形状の抵抗体部２１と、その抵抗体部２１の両端の表面に巻回した端子２２，２３とからなる。この端子２２，２３は、銅製であり、焼結工程Ｓ３で形成した成型体８に対して所定の圧力を加えながら巻回されたものである。
【００６１】
なお、本実施の形態１の発熱体１０では埋設端子とし、発熱体２０では巻回端子としたが、本発明を実施する場合には、発熱体１０または発熱体２０の端部表面に電極を張り合わせてもよいし、強圧する構造としてもよい。いずれにせよ、端子は接触抵抗が低い状態で通電できるものとするのが望ましい。
以下、この本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、図２に示す射出成型した多孔質発熱体１０を前提に説明する。
【００６２】
このようにして得られた本実施の形態１に係る多孔質発熱体１（１０）は軽量であると共に、アルミニウムより硬くて摩耗にも強く、各原料を混合して成形したものよりもその機械的強度は増大しており、高い機械的強度を有していた。殊に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１が発熱している際に水を吹きつけても割れることもなく、また後述するように、この多孔質発熱体１に熱勾配（温度分布）がある場合においても、発熱時に割れることはなかった。更に、酸等の化学的にも強靭であることが判明した。
【００６３】
また、図４乃至図２６のＢＳＥ（反射電子顕微鏡）を含む走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：２次電子像）により、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１には、開口した空隙が分布しており、多孔質であることが分かった。そして、この多孔質発熱体１の面にエアコンプレッサによる圧縮空気をエアガンで吹き付けたところ、圧縮空気が多孔質発熱体１を通り抜け、通気性を有することが明らかになった。これは、多数の空隙が連通しているためと思われる。
更に、この空隙の大きさは、ガス吸着式細孔分布測定器により測定した結果、数μｍ〜数十μｍであったが、原料の粒子形状や配合量、成形時の圧力等によってこの空隙の大きさ、空隙率は制御可能である。
【００６４】
そして、本発明者らの実験研究によって、この空隙率が５％〜５０％の範囲内であることで、多孔質発熱体１の抵抗発熱体としての利用において十分な強度や通電発熱性が確保できることが確認されている。即ち、空隙率が５％未満であると、多孔質発熱体１の抵抗値が低く、通電発熱性が損なわれる。一方で、５０％を超えると、抵抗発熱体としての利用において強度が足りず、通電発熱性も損なわれる。
なお、空隙の比率は、形成した乾燥状態の多孔質発熱体１の体積及び重量を測定し、水を含浸させた状態の重量を測定し、再び乾燥させて重量を測定し、その重量の変化を気孔率に置き換えて測定した。
【００６５】
ここで、このようにして得られた本実施の形態１に係る多孔質発熱体１のＸ線回折（ＷＡＸＳ分析）によるスペクトルを図３に、また、ＳＥＭ−ＥＤＸによるスペクトル及びＢＳＥ（反射電子顕微鏡）を含む走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：２次電子像）写真を図４乃至図１９に示す。なお、ＥＤＸは２μｍのスポットによる点分析である。
図３乃至図１９に示されるように、このようにして得られた本実施の形態１に係る多孔質発熱体１には、主に、アルミニウム（Ａｌ）や、ケイ素（Ｓｉ）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）や、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の複合酸化物またはアルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物が存在していることが分かる。
このような本実施の形態１に係る多孔質発熱体１が得られるのは、焼成過程においてアルミニウム２の融点（６６０．４℃）に達しても、アルミニウム粉２が溶融して表面に噴出することなく、焼成により、焼結原料混合物７が複合化したためと推測される。
【００６６】
このような特性の発熱体１が得られるのは、黒鉛粉３が混合されていることで、アルミニウム粉２が黒鉛粉３に覆われ、黒鉛粉３が燃焼することでアルミニウムの周囲は還元雰囲気に近い状態となるため、アルミニウムの酸化が防止され、また、アルミニウムの溶融点（６６０．４℃）に達しても、アルミニウムが溶融して表面に噴出することがなく、焼成により、焼結原料混合物７が複合化したためと推測される。
【００６７】
より具体的には、上述の如く、この多孔質発熱体１はアルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、並びに、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の複合酸化物またはアルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物が主成分となっているが、特に、焼成によって、溶融したアルミニウムのネットワークが形成され、また、シリコンが生成するという構造変化が起こったことで通電発熱性を有するものとなったと思われる。なお、金属シリコンは以下のような反応によって生成されたものと推測される。
ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋ＣＯ２
ＳｉＯ２＋Ｃ→Ｓｉ＋２ＣＯ
２Ａｌ＋３ＳｉＯ２→３Ｓｉ＋Ａｌ２Ｏ３
なお、得られた発熱体１に通電したときに、５６０℃以上になると赤熱して表面に溶融物が噴出し始めたことから、アルミニウム２と蛙目粘土４からのシリカ（ＳｉＯ２）や生成したシリコン（Ｓｉ）とが反応結合してＡｌ−Ｓｉ合金（融点：５７７℃）が生成されている可能性もある。
【００６８】
因みに、本発明者らの実験研究により、黒鉛粉等の炭素粉末３を用いずに焼成した場合、温度制御電気炉内の温度が６００℃以上になるとアルミニウム２（融点：６６０．４℃）が溶融して表面に噴出する焼結不良となり表面に多数の窪みが形成されたアルミニウムの溶融物が生成されてしまい、上述のような発熱体１を製造することはできないことが確認されている。しかし、本発明においては、７００℃以上の高温になってもアルミニウム２が溶融して表面に噴出する焼結不良が生じることはない。
【００６９】
ここで、多孔質発熱体１の通電による発熱の様子について具体的に図２７を参照にして説明する。
まず、多孔質発熱体１の通電による温度変化の様子について調べるために、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１の配合として、表１の配合内容で、図１のフローチャートにしたがって多孔質発熱体１を製造した。
【００７０】
なお、表１に示される配合材料のうち、アルミニウム粉２としては、ミナルコ（株）製の＃２６０Ｓ（Ａｌ：９９ｗｔ％）でふるい試験法による粒子径が７５μｍ未満（２００メッシュアンダー）のものを用いた。このアルミニウム粉２について日機装（株）のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径は４５μｍであった。
炭素粉３としては、西村黒鉛（株）製の天然の鱗状黒鉛粉１０９９Ｍ（固定炭素：９９％でふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満（１００メッシュアンダー）のものを用いた。この炭素粉３について日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径は７５μｍであった。
【００７１】
蛙目粘土粉４には、（株）ヤマス製の土岐口特級蛙目粘土粉（ＳｉＯ２：４８．７７％、Ａｌ２Ｏ３：３４．４０％、Ｆｅ２Ｏ３：１．３５％、ＴｉＯ２：０．９５％、Ｋ２Ｏ：０．８５％、ＭｇＯ：０．３８％、ＣａＯ：０．１６％、Ｎａ２Ｏ：０．１６％等）で、ふるい試験法による粒子径が６５μｍ未満（２５０メッシュアンダー）のものを用いた。この蛙目粘土粉４について日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径は１０μｍであった。
【００７２】
木粉５としては、スギの間伐材・小径木・製材端材・樹皮・大鋸屑等の木屑を、破砕機（木材用クラッシャー）で粗粉砕して、この粗粉砕木粉を、熱風乾燥機によって水分２０重量部以下に熱風乾燥し、微粉砕機で微粉砕してなる木粉を使用した。ここで、微粉砕機としては、河本鉄工（株）製のミクロンコロイドミルを使用して、粉砕タービン羽の周速を５０ｍ／秒〜８０ｍ／秒として、微粉砕を行った。このようにして得られた木粉はウィスカー状であり、ふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満（１００メッシュアンダー）で、日機装（株）製のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところその中位径は１００μｍであった。
また、これら原料の混合には精密分散混合機であるホソカワミクロン（株）製の横型タービュライザ（登録商標）ＴＣＸ−８を用いた。
【００７３】
【表１】
0005685152.tif 000002
【００７４】
更に、ここでは、表１の配合内容で作製された焼結原料混合物７は押出成形し、１１００℃の焼結温度で焼結して、厚み（Ｔ）５ｍｍ×幅（Ｗ）３５ｍｍ×長さ（Ｌ）２１０ｍｍの多孔質発熱体１とした。
なお、焼結工程の昇温プログラムとしては、まず室温から６００℃まで２０時間かけて昇温して６００℃で３時間保持し、更に、６００℃から９００℃まで６時間かけて昇温して９００℃で２時間保持し、最後に、９００℃から１１００℃まで４時間かけて昇温して１１００℃で２時間保持して、焼結を完了させた後、自然冷却させた。
【００７５】
そして、製造された多孔質発熱体１の長さ方向の両端に幅１０ｍｍの端子により電圧をかけ（１０Ｖの通電）、多孔質発熱体１の所定部位（中心部分）の経時的な温度測定を行った。その測定結果のグラフを図２７（ａ）に示す。更に、通電解除後における経時的な温度測定も行った。その測定結果のグラフを図２７（ｂ）に示す。
なお、参考までに、通電時における電流、抵抗値、電気抵抗率について、図２７（ａ）としてグラフ下段の表に示す。表において、電流は電圧１０Ｖを端子間に加えた場合の測定値であり、抵抗値は電圧及び電流の測定値から計算式
抵抗値＝電圧／電流
によって算出したものである。また、電気抵抗率（比抵抗）も計算式
電気抵抗率＝抵抗値／（長さ／断面積）
によって算出したものである。
【００７６】
図２７（ａ）に示すように、多孔質発熱体１に通電すると、直ぐに温度が上昇（発熱）して１０分前後で完全に温度が上昇し、その後も高温（定温）状態が維持されることが分かる。また、図２７（ｂ）に示すように、通電解除直後からすぐに温度が急激に減少し、約５分前後で元の温度状態に戻ることが分かった。
このように、本実施の形態１に係る発熱体１は、体積の大きさに比較して通電による昇温速度が極めて速く、また、通電解除による降温速度も極めて速いものである。
なお、図２７（ａ）の表に示したように、本実施の形態１に係る発熱体１の電気抵抗率は約４９×１０−８Ω・ｍ乃至約５６×１０−８Ω・ｍであり、アルミニウムの電気抵抗率が２．６５×１０−８Ω・ｍからしても、本実施の形態１に係る発熱体１の電気抵抗率は極めて高いものである。ニクロムは１．５×１０−６Ω・ｍであるから、それに近い値である。
【００７７】
また、図２７（ａ）のグラフに示すように、一定の電圧による連続通電のもとでは、次第に温度上昇がなくなり発熱温度は一定の状態となることが確認された。そこで、本実施の形態１に係る発熱体１の熱伝導率及び比熱を測定したところ、熱伝導率が７Ｗ／ｍ・Ｋで、比熱が０．７４ｋＪ／Ｋｇ・Ｋであった。アルミニウムの熱伝導率が２３６Ｗ／ｍ・Ｋで、比熱が０．９０ｋＪ／Ｋｇ・Ｋあることからすると、本実施の形態１に係る発熱体１は熱伝導が極めて低いものである。
【００７８】
ここで、本発明者らの実験研究によれば、原料の粒子形状や配合量や種類、また、成形時の圧力によって多孔質発熱体１の抵抗値が変化することが確認された。その一因は、原料の粒子形状や配合量や種類、また、成形時の圧力によって多孔質発熱体１の緻密度が変化するためと思われる。具体的には、例えば、原料に粗い粒子を用いた場合、細かい粒子を用いた場合よりも抵抗値が大きくなったり、成形時におけるプレス圧力が高い程、抵抗値が大きくなったりした。
【００７９】
よって、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、原料の粒子形状や配合量や種類、また、成形時の圧力の調節によって多孔質発熱体１の緻密度を変化させることにより、多孔質発熱体１の抵抗値を制御することが可能である。因みに、本発明者らの実験研究により、多孔質発熱体１の緻密度を高めると、多孔質発熱体１の抵抗値が低くなることが確認されている。したがって、加熱したい所望の位置のみの発熱を高くできる。
【００８０】
特に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、原料に木粉５が用いられており、焼成過程において、この木粉５が焼失することによってその部分が空隙となり、多孔質発熱体１の緻密性に大きく影響する。このため、木粉５の添加量を調節することで、多孔質発熱体１の抵抗値の制御が容易にできる。
【００８１】
念のため、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１の配合として、各原料の配合比を様々変えて製造した実施例１乃至実施例７に係る多孔質発熱体１の抵抗値について表２に示す。
ここでは、表２に示した配合内容で作製された焼結原料混合物７は、それぞれ、１５０ｋｇ／ｃｍ2のプレス圧力でプレス成形し、１１００℃の焼結温度で焼結して、多孔質発熱体１とした。
そして、交流スライダーダック電源（直流安定化電源）を使用し、各多孔質発熱体１に通電（Ｖ）したときの、電流（Ａ）、抵抗値（Ω）をそれぞれ測定した。なお、表２において、電流（Ａ）は直接電流計で、抵抗値（Ω）はテスタの抵抗レンジによって測定した測定値である。また、発熱温度は、赤外線サーモグラフィー（熱画像計測装置：（株）チノー社製  携帯用小形熱画像カメラ  ＣＰＡ−０１７）によって確認した。
【００８２】
【表２】
0005685152.tif 000003
【００８３】
表２に示したように、各原材料の配合量・配合比によって抵抗値が変化することから、各原材料の配合量・配合比を調節することで多孔質発熱体１の抵抗値を制御できることが分かる。また、電圧を変化させると、抵抗値も変化することから、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１の発熱温度は通電量によって決定され、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は通電により抵抗発熱していることが分かる。
なお、表２から、蛙目粘土粉４の量が多いほど、多孔質発熱体１の抵抗値が高くなることが分かる。そして、本発明者らの実験研究によれば、アルミニウム粉末２１００重量部に対して、蛙目粘土粉４が６０重量部〜１５０重量部の範囲内であれば、多孔質発熱体１において抵抗体として使途に適した抵抗値・通電発熱性を確保できることが確認されている。
【００８４】
更に、本発明者らの実験研究によれば、焼結原料混合物７において、アルミニウム粉２の含有量が３５重量部〜７０重量部の範囲内であり、黒鉛粉３の含有量が２重量部〜１５重量部の範囲内であり、蛙目粘土粉４の含有量が２５重量部〜６５重量部の範囲内であるのが好ましい。
焼結原料混合物７において、アルミニウム粉２の含有量が３５重量部未満であると、アルミニウム粉２が少なすぎて、通電性が損なわれる可能性がある。一方、アルミニウム粉２の含有量が７０重量部を超えると、アルミニウム粉２に対して黒鉛粉３が極めて少なくなり、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じる可能性がある。
【００８５】
また、黒鉛粉３の含有量が２重量部未満であると、アルミニウム粉２に対して黒鉛粉３が極めて少な過ぎ、焼成過程において溶融したアルミニウムが表面に噴出する焼結不良が生じる可能性がある。一方、炭素粉の含有量が１５重量部を超えると、黒鉛粉３が多過ぎて多孔質発熱体１の強度及び純度が低下し、抵抗発熱体としての使途に適した強度や通電発熱性が得られない可能性がある。
更に、蛙目粘土粉４の含有量が２５重量部未満であると、蛙目粘土粉４が少なすぎて、成型体８の抵抗値が小さくなり、抵抗発熱体としての使途に適した通電発熱性が損なわれる可能性がある。一方、蛙目粘土粉４の含有量が６５重量部を超えると、アルミニウム粉２の含有量が３５重量部未満であると、アルミニウム粉２が少なすぎて、成型体８の通電性が損なわれる可能性がある。
【００８６】
なお、より好ましくは、焼結原料混合物７において、アルミニウム粉２の含有量が４０重量部〜６５重量部の範囲内であり、黒鉛粉３の含有量が５重量部〜１０重量部の範囲内であり、蛙目粘土粉４の含有量が３０重量部〜６０重量部の範囲内である。
ところで、表２において、電流（Ａ）、抵抗値（Ω）の測定値において測定幅があるのは、部位によって抵抗値が多少異なるためである。
そして、本発明者らの実験研究によれば、長さ方向両端から中心部分に向かって抵抗値・発熱温度が高くなる傾向があることが確認されている。これは、プレス成形時に、中心部に近いほど原料粒子の動きが制限されて緻密度が高くなったためと思われる。
【００８７】
参考までに、プレス成形によって厚み（Ｔ）５ｍｍ×幅（Ｗ）３５ｍｍ×長さ（Ｌ）２１０ｍｍの平板状とした多孔質発熱体１において、長さ方向両端に幅１０ｍｍの端子による通電を行い、多孔質発熱体１全体の温度分布を赤外線サーモグラフィー（熱画像計測装置：（株）チノー社製  携帯用小形熱画像カメラ  ＣＰＡ−０１７）によって測定した温度分布写真を図２８に示す。
図２８に示すように、この多孔質発熱体１は、長さ方向両端から中心部分に向かって温度が高くなっていて、長さ方向両端は温度が低くなっている。したがって、この多孔質発熱体１は、端子を両端に接続して通電する製品として使用した場合に、端子の過加熱による通電不良やショート更には、焼損を防止することができ、製品として長時間の安全な発熱を維持できる。
【００８８】
また、本発明者らの実験研究によって、焼結温度の１０００℃〜１２００℃の範囲内において、焼結させる温度を様々調節することで、多孔質発熱体１の抵抗値が変化することが判明しておいる。これは、焼結温度によって焼結密度（焼成過程における粒子同士の密度）が変化するためと思われる。したがって、焼結温度を調節することによっても、多孔質発熱体１の抵抗値を制御することが可能である。
なお、その他、多孔質発熱体１は、その形状によっても抵抗値が変化したり、通電量によっても変化したりすることから、その形状や通電量を調節することによっても、多孔質発熱体１の抵抗値を制御することができる。
【００８９】
更に、このように、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、多孔質発熱体１の抵抗値は、その緻密度、即ち、圧縮圧によって影響されることから、焼結原料混合物７を成形する際に、その緻密度分布を調節することにより、多孔質発熱体１において抵抗分布の制御が可能となる。即ち、成型体８において部位によって異なる発熱温度の設定ができ、多孔質発熱体１の特定部位を特定温度に発熱させることできる。
【００９０】
ここで、焼結原料混合物７を成形する際に、その緻密度分布を調節する方法としては、成型時の金型形状や押出し成形等による成形形状の調節、成形時の原料充填量の調節、成形時の部分的な圧力調節、圧縮面に形成した複数多数個の突起等が挙げられる。
具体的には、例えば、プレス成形の際に凹凸を有する金型を使用して焼結原料混合物７をプレス成形することが挙げられる。これによって、意匠面に凹凸部が形成されて、係る凹部と凸部とで緻密度が大きく異なるものを得ることができる。そして、この凹部と凸部とで緻密度が大きく異なるものを焼結することによって得られる成型体８は、凹部と凸部とで抵抗値が大きく異なり、多孔質発熱体１は凹凸部分で通電による発熱温度が大きく異なったものとなる。
【００９１】
また、プレス成形の際に曲線部を有する金型を使用して、焼結原料混物７をプレス成形することによって、曲線部で緻密度が大きく変化したものを得ることができる。そして、これを焼結してなる成型体８は、曲線部で抵抗値が大きく変化し、多孔質発熱体１は通電による発熱温度が部位によって大きく異なるものとなる。
更に、プレス成形の際に、プレス成形金型に焼結原料混物７の充填率を変化させて充填しプレス成形することによって、また、焼結原料混物７を厚みが部位によって変化するようにプレス成形をすることによって、充填量や厚みの差によって緻密度が変化することから、これを焼結してなる成型体８も、部位によって抵抗値が大きく変化し、多孔質発熱体１は通電による発熱温度が部位によって大きく異なったものとなる。
【００９２】
参考までに、中央部の厚み（Ｔ）が５．５ｍｍで、長さ方向両端部の厚み（Ｔ）が４．５ｍｍと厚みに差をつけた成型体（幅（Ｗ）４５ｍｍ×長さ（Ｌ）１３０ｍｍ）８の写真と、この成型体８に３０Ｖで４５秒通電したときの赤外線サーモグラフィー（熱画像計測装置：（株）チノー社製  携帯用小形熱画像カメラ  ＣＰＡ−０１７）によって測定した多孔質発熱体１の温度分布の写真を図２９に示す。図２９に示されるように、厚みが大きい中央部付近で発熱温度が高くなっており、厚みが小さい長さ方向両端部では、発熱温度が低くなっていることが分かる。
その他にも、成形時に部分的に圧力を変えて成形することによっても緻密度を変化させることができることから、多孔質発熱体１において、特定部位を特定温度に発熱させることが可能である。
【００９３】
また、押出成形の場合には、複雑な立体形状（断面形状で肉厚が変化している等）の成型体８を容易に形成できることから、成型体８の緻密度を部位によって変化させることが容易にできる。したがって、成型体８において、部位によって抵抗値を異にする（変化させる）ことが容易にでき、多孔質発熱体１の特定部位を特定の温度に発熱させることが容易に可能である。
【００９４】
ここで、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１（１０，２０）の応用分野（使用用途）について説明する。
このように本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、通電性を有し、電気抵抗性が高く直接抵抗発熱特性を示すことから、抵抗発熱体として使用できる。
より具体的には、例えば、電気暖房発熱体、電熱器、電気温水器等の各種熱源としての使用が可能である。
殊に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、その全面から発熱することから、面状発熱体としての利用も可能である。勿論、電磁誘導加熱（ＩＨ）の調理器としての使用も可能である。
また、各種発熱体としての使用において、抵抗発熱体としての多孔質発熱体１は、上述の如く、熱伝導が低く、通電量によって発熱温度を一定に保つことができることから、低温から高温まで幅広い温度範囲で使用でき、温度制御も容易にできる。
【００９５】
そして、抵抗加熱式であることに加え、上述の如く、体積の大きさに比較して通電による昇温速度や通電解除による降温速度が速いことから、従来の各種発熱体と比較して、熱効率がよく省電力化が可能であり、安全性も高い。殊に、電熱器等としての使用において、多孔質発熱体１の直接抵抗発熱体としての使用により、従来の間接抵抗加熱式である電熱器等と比較して、熱効率が極めて高く、省電力である。更に、従来の面状発熱体がヒータ線を金属やセラミックで被覆したもので低熱効率であるのに対し、直接抵抗発熱体としての多孔質発熱体１の使用においては、熱効率が極めて高く、省電力とすることができる。また、多孔質発熱体１の昇温速度や通電解除による降温速度が速いという特性は、特に、焼入れ焼鈍用や工業製品加熱用発熱体として有望である。
【００９６】
更に、上述の如く、製造コストを安価にできることから、従来の各種発熱体と比較して、低コスト化を図ることができ、また、軽量で機械的強度が高いことから、小型化が可能である。
加えて、本発明者らの実験研究によれば、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は５５０℃を超えるまでは変色（赤熱）せず、抵抗値の経年変化が確認できない程度に少ないこと、また、濃塩酸液に浸漬しても強度や電気的特性等の変化がないこと、更には、８００℃の発熱状態下で水滴を滴下しても断線しないこと等が確認されており、焼損し難く、化学的にも安定であることから、上記電気材料としての具体的用途に特に好適に使用することができ、商品としての長寿命化も期待できる。
【００９７】
また、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、原料の粒子形状や添加量の調節、また、成形時の圧力調節等によって、更には、焼結温度の調節等によって、成型体８の抵抗値の制御が可能となることから、抵抗発熱体として各用途に応じた発熱温度の制御が可能である。
更には、成形時の部分的な圧力調節や、成型時の金型形状等による成形形状の調節、成形時の充填量の調節等によって、成型体８における抵抗分布の制御が可能となることから、抵抗発熱体としての多孔質発熱体１は、発熱による温度分布の制御設定が可能である。なお、この発熱による温度分布の制御が可能であることを利用し、例えば、多孔質発熱体１を焼き菓子等の食品加工用発熱体として使用することで、食品の所望の部位に焼き焦げを付けたりすることができる。
【００９８】
なお、通電による発熱状態の多孔質発熱体１に水を掛けたり水を噴霧したりしたところ、この多孔質発熱体１から温熱の水蒸気が発生した。このことから、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、例えば、加湿器、水蒸気発生装置等としての利用も可能である。また、例えば、電気暖房発熱体やとして使用される多孔質発熱体１において、一方面に送風しながら他方面に水を噴射することで、電気暖房発熱体としての多孔質発熱体１から温熱の水蒸気を発生させることができることから、過乾燥防止効果が期待できる電気暖房発熱体としての使用も考えられる。因みに、水掛け等による多孔質発熱体１からの微細な水蒸気の発生は、多孔質発熱体１が多孔質で通気性を有する（連通した気孔を有する）ことに起因すると思われる。また、この多孔質で通気性であることを利用して、例えば、熱風発生器や乾燥装置やアルコール等の蒸留用発熱体としての使用も期待できる。
【００９９】
更に、本発明者らの実験研究によれば、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は遠赤外線を発生していることが確認されていることから、多孔質発熱体１は発熱体として、遠赤外線による伝熱効果をも期待できる。
そのようなセラミックス遠赤外線放射材料については、種々のものがその放射率及び放射特性と共に知られている。例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、ジルコン（ＺｒＳｉＯ４）、マグネシア（ＭｇＯ）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）、βスポジューメン（Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２）、ムライト（Ａｌ２Ｏ３・３ＳｉＯ２）、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）等であり、これらは、一般に白色を呈している。
【０１００】
また、上記の白色系の他に、セラミックス遠赤外線放射材料としては、有色の全赤外域で放射率が高いセラミックス遠赤外線放射材料がある。そのような有色系のセラミックス材料としては、例えば、酸化銅（Ｃｕ２Ｏ，ＣｕＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ、Ｃｏ３Ｏ４）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）等の遷移金属の酸化物、或いは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、炭化タンタル（ＴａＣ）等の炭化物等が挙げられ、これらの多くは、窯業用顔料としても一般に用いられているものである。また、これらは２種以上の組合せで高効率の赤外線放射が得られ、例えば、ＭｎＯ２−Ｆｅ２Ｏ３−ＣｕＯ−ＣｏＯ、或いはＣｏＯ−Ｆｅ２Ｏ３−Ｃｒ２Ｏ３−ＭｎＯ２等の一体の焼成物は高効率赤外線放射体と呼ばれるものであり、黒色を呈し、「黒体」に近い赤外線の放射特性が得られる。
【０１０１】
加えて、ゼーベック効果の起電力が生じていることも確認されていることから、それを利用した熱感知センサー等への用途も期待できる。特に、厚み（Ｔ）５ｍｍ×幅（Ｗ）３５ｍｍ×長さ（Ｌ）２１０ｍｍの平板状とした多孔質発熱体１から、０．３Ｖ程度の電圧が検出されている。したがって、５本程度の多孔質発熱体１の検出電圧を加算する方向に接続すれば、発光ダイオードの点灯が容易になる。このことから、電力の供給を終了してから５本程度からなる多孔質発熱体１のその時の温度が高いか、低いかを表示させることができる。
なお、この特性は、負荷電力の供給には無関係である。
【０１０２】
このように、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、アルミニウム粉２と、アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない黒鉛粉としての炭素粉３と、陶磁器用の粘土粉としての蛙目粘土粉４と、有機化合物粉５と、これらアルミニウム粉末２、炭素粉３、蛙目粘土粉４、及び木粉５が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダ６とが混合された焼結原料混合物７を、常温で圧力を加えて成形し、１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度で焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなるものである。
したがって、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１によれば、機械的強度が高く、かつ、通電により抵抗発熱し、抵抗発熱体として使用可能となる。
【０１０３】
特に、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１は、体積が大きい割には通電による昇温速度及び通電解除による降温速度が速く、通電量によって発熱温度は一定である。
更には、製造過程における抵抗制御が容易である。即ち、原料の粒子形状や粒度分布を選択したり、その配合量を調節したり、また、成形時の圧力調節をしたりして成型体８の緻密度を調節することによって、更には、焼結温度を調節して焼結密度を調節することによって、成型体８の抵抗値を制御して通電による発熱温度を制御することが可能である。また、成型時の金型形状等による成形形状の調節、成形時の充填量の調節、成形時の部分的な圧力調節等で成型体８の抵抗分布を調節することによって、多孔質発熱体１において異なる発熱温度の設定ができ、多孔質発熱体１の特定部位を特定の温度に発熱させることできる。したがって、抵抗発熱体として発熱体等の使途に適する。
【０１０４】
更には、本実施の形態１に係る多孔質発熱体１よれば、各原料は入手しやすく安価な材料であり、非酸化条件下等の特別な条件下で製造されるものでもないため、製造コストの低コスト化が可能である。
このようにして、機械的強度が高く、かつ、酸等の化学的にも強靭であり、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として使用可能な多孔質発熱体１となる。
【０１０５】
［実施の形態２］
続いて、本実施の形態２に係る多孔質発熱体１について説明する。
本実施の形態２に係る多孔質発熱体１は、上述した実施の形態１の製造方法とほぼ同様である。異なるのは、金属粉としての鉄粉９を混合した点である。その他は、上記実施の形態１と同じであるから、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
即ち、本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０は、アルミニウム粉２、炭素粉としての炭素粉３、陶磁器用の粘土粉としての蛙目粘土粉４、有機化合物粉としての木粉５、金属粉としての鉄粉末９と、これら原料が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダ６とが混合されてなる焼結原料混合物７を、圧力を加えて成形し、１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度で焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなるものである。
【０１０７】
ここで、鉄粉末９としては、市販の鉄粉末を用いることができ、このような鉄粉末は、ヘガネスジャパン（株）、（株）神戸製鋼所等から発売されている。また、鉄粉９には、１００％鉄粉でなく、無機物等の不純物が僅かに含まれたものや、リサイクルの鉄粉でも使用可能であり、更には、アルミニウム等のその他の金属を僅かに含有した鉄粉合金の粉末等を使用することも可能である。
【０１０８】
なお、この鉄粉末９は、レーザ回折・散乱法によって測定した中位径が１５０μｍ〜４５μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が２００μｍ未満であるのが好ましい。小径粒子と大径粒子の取合せによって充填性が向上するからである。なお、より好ましくは、レーザ回折・散乱法によって測定した鉄粉の中位径が７５μｍ〜１０６μｍの範囲内であり、ふるい試験法によって測定した粒子径が１５０μｍ未満である。
【０１０９】
このようにして得られた本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０も、機械的強度が高く、通電によって発熱する。
ここで、参考までに本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０の配合として、表３の上段の配合内容で、図３０のフローチャートにしたがって実施例８及び実施例９に係る多孔質発熱体１０を製造したときの抵抗値を表３の下段に示す。なお、表３に示される配合材料のうち鉄粉末９以外のものについては、上述の表１で使用した配合材料と同様のものを使用した。また、鉄粉末９としては、ヘガネスジャパン（株）製のＡＳＣ１００．２９（Ｆｅ：９９ｗｔ％）でふるい試験法による粒子径が１５０μｍ未満（１００メッシュアンダー）のものを用いた。この鉄粉末９について日機装（株）のレーザ回折式粒度分布測定装置マイクロトラックで測定したところ中位径が７５μｍであった。
【０１１０】
【表３】
0005685152.tif 000004
【０１１１】
鉄粉末９が混合された本実施の形態２に係る多孔質発熱体１０においては、鉄粉末９を混合しないときと比べて、通電量を同様にした場合、その抵抗値が高く通電による発熱温度が高くなる傾向にあった。
また、本実施の形態２においては、鉄粉末９の配合量を調節することによって、成型体８の抵抗値を容易に制御できて多孔質発熱体１０の通電による発熱温度を容易に調節することができた。
なお、本発明を実施する場合には、金属粉は鉄粉に限定されず、例えば、銅粉等を使用することも可能である。
【０１１２】
ところで、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、陶磁器用の粘土粉として蛙目粘土粉４を用いたが、本発明を実施する場合には、アルミニウム酸化物及びケイ素酸化物、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物、アルミニウムのケイ酸塩のうちの少なくとも１種を含有するものであれば、蛙目粘土粉４の他に、木節粘土、カオリン、長石、陶石、ゼオライトの粉末等を用いることができる。
更には、本発明者らの実験研究によって、蛙目粘土粉４等の陶磁器用の粘土粉の代わりに、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3）粉及びシリカ粉（ＳｉＯ2 ）の併用や、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末を使用できることが確認されている。これによっても、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として使用可能な多孔質発熱体となる。
【０１１３】
即ち、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3）粉及びシリカ粉（ＳｉＯ2 ）を用いた場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミナ粉と、シリカ粉とが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
また、これに水及び／またはバインダを混合する場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミナ粉と、シリカ粉と、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記アルミナ粉、前記シリカ粉が比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、常温で圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
【０１１４】
さらに、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末を使用する場合には、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3）粉及びシリカ粉（ＳｉＯ2 ）を用いた場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末とが混合されてなる混合物を、圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
また、これに水及び／またはバインダを混合する場合には、アルミニウム粉と、前記アルミニウムの溶融点より低い温度では溶融しない炭素粉と、アルミニウム酸化物とケイ素酸化物の複合酸化物またはアルミニウムのケイ酸塩からなるセラミックス遠赤外線材料の粉末と、前記アルミニウム粉、前記炭素粉、前記セラミックス遠赤外線材料の粉末とが比重の違いによって移動が生じない量の水及び／またはバインダとが混合されてなる混合物を、常温で圧力を加えて成形し、焼結して５％〜５０％の範囲内の空隙を有し、通電によって発熱する成型体８を形成してなる多孔質発熱体となる。
このような構成の多孔質発熱体も上記実施の形態１及び実施の形態２に係る多孔質発熱体１と同様、機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有し、抵抗発熱体として使用可能である。
【０１１５】
また、上記実施の形態１及び実施の形態２においては、黒鉛粉として炭素粉３を用いたが、本発明を実施する場合には、炭素粉としては、アルミニウム粉２の溶融点より低い温度では溶融せず、アルミニウム粉２を覆うことで焼成過程においてアルミニウムが表面に噴出して焼結されなくなる焼結不良を抑制することができるものであればよく、炭素粉３の他に、例えば、カーボンブラック、炭素繊維、活性炭等が挙げられる。しかし、炭素粉３は、融点が高く、また、アルミニウム粉２の表面に付着しやすい（絡みやすい）ため、焼成過程でアルミニウムが表面に噴出する焼結不良を確実に抑制でき、発熱体において安定した強度や通電発熱性等の性能を確保できる。このため、黒鉛粉としては炭素粉３が適する。
【０１１６】
上記実施の形態１及び実施の形態２においては、原料に木粉等の有機化合物粉５を使用しているが、これは本発明に必須の配合成分ではない。しかし、木粉等の有機化合物粉５が混合されている場合には、成形固化の強度を向上させることができ、多孔質発熱体１の強度を向上させることが可能である。また、有機化合物粉５は焼成過程において焼失し空隙となることから、その配合量を調節することで、多孔質発熱体１における空隙率を容易に制御することができ、更には、多孔質発熱体１の抵抗値を容易に制御することが可能である。
なお、本発明の実施の形態で挙げている数値は、その全てが臨界値を示すものではなく、ある数値は実施に好適な好適値を示すものであるから、上記数値を若干変更してもその実施を否定するものではない。
【０１１７】
上記実施の形態の多孔質発熱体１によれば、前記焼結温度は１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度とした。ここで、本発明者らは、抵抗発熱体としての使用において、十分な高強度及び通電発熱性を確保できる多孔質発熱体を得るための焼結温度について鋭意実験研究を重ねた結果、焼結温度を１０００℃〜１２００℃の範囲内の温度とすることによって、上記目的を達成できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成したものである。即ち、焼結温度が１０００℃未満である場合には、十分な焼成が行われずに焼結不良となり、一方で、１２００℃を超えると、得られる成型体８は通電性が損なわれる。
したがって、この発明に係る多孔質発熱体１によれば、確実に機械的強度が高く、かつ、通電発熱性を有するものとなる。
【符号の説明】
【０１１８】
１，１０，２０  多孔質発熱体
２  アルミニウム粉
３  炭素粉（黒鉛粉）
４  無機酸化物材料の粉末（蛙目粘土粉）
５  有機化合物粉（木粉）
６  水・バインダ
７  焼結原料混合物
８  成形体
９  金属粉（鉄粉）
【図１】
0005685152.tif 000005
【図２】
0005685152.tif 000006
【図３】
0005685152.tif 000007
【図５】
0005685152.tif 000008
【図７】
0005685152.tif 000009
【図９】
0005685152.tif 000010
【図１１】
0005685152.tif 000011
【図１３】
0005685152.tif 000012
【図１５】
0005685152.tif 000013
【図１７】
0005685152.tif 000014
【図１９】
0005685152.tif 000015
【図２７】
0005685152.tif 000016
【図３０】
0005685152.tif 000017
【図４】
0005685152.tif 000018
【図６】
0005685152.tif 000019
【図８】
0005685152.tif 000020
【図１０】
0005685152.tif 000021
【図１２】
0005685152.tif 000022
【図１４】
0005685152.tif 000023
【図１６】
0005685152.tif 000024
【図１８】
0005685152.tif 000025
【図２０】
0005685152.tif 000026
【図２１】
0005685152.tif 000027
【図２２】
0005685152.tif 000028
【図２３】
0005685152.tif 000029
【図２４】
0005685152.tif 000030
【図２５】
0005685152.tif 000031
【図２６】
0005685152.tif 000032
【図２８】
0005685152.tif 000033
【図２９】
0005685152.tif 000034